[發明專利]一種礦井無線傳感器網絡的網絡結構及網絡節點部署方法

在審

• 申請號: 201710520562.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107277827A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王珂;寧方;陳偉;王越群
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W24/04;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種無線網絡結構及網絡節點部署方法，特別是一種礦井無線傳感器網絡的網絡結構及網絡節點部署方法。

背景技術

目前國內外專家對無線傳感器網絡進行了大量的研究，研究多集中在地面WSN，但是對地下的WSN尤其是煤礦井下應用的WSN系統研究較少。將WSN和地理信息系統相結合對煤礦安全生產和信息管理有著極其重要的意義。應用井下無線傳感器網絡將井下環境、工況、人員定位信息進行采集和進行壓縮預處理之后，將它與節點的位置和信息采集時間等信息通過網絡實時地傳輸到地面，再由MGIS進行分析處理并對異常進行報警、預測。

現有節點部署方法有很多種，但無線傳感器網絡節點部署的研究大部分是基于假設節點是通過飛機或炮彈隨機部署的,如文獻Interactive visualization of marine pollution monitoring and forecasting data via a Web-based GIS中所提。在現有的實際應用中，很少使用隨機部署節點，無線傳感器網絡現在的應用大部分是商用，比如路燈監控系統，公交車監控系統等，作為商用系統第一個要考慮的就是成本，大范圍的隨機部署成本太高。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種礦井無線傳感器網絡的網絡結構及網絡節點部署方法，解決大范圍的隨機部署無線傳感器網絡節點成本太高的問題。

本發明是這樣實現的：本發明包括網絡結構以及網絡節點部署方法。

網絡結構：巷道間的基本拓撲關系，以中點為出發點，圖論為理論基礎，基于鄰接表的巷道拓撲二維結構圖的自動生成算法，通過巷道中點得到一系列具有相同屬性的巷道中線，經過優化處理，構成巷道弧以及巷道線的基本結構，形成一個由巷道中所組成的巷道二維結構拓撲圖；

網絡節點部署方法：依據煤礦井下的通信環境，采用確定性部署策略，針對井下信號衰減因素提出了基于最大通信距離的礦井無線傳感器網絡連通節點集生成算法和骨干網備用節點集生成算法；形成礦井監測的骨干網絡；進而又通過部署備用節點對網絡進行優化，當網絡中的骨干節點由于某種原因不能正常工作時，這些備用節點可以維持網絡的正常通信，提高了網絡的健壯性；所述的節點集生成是指將巷道中離散的節點集經過算法后形成連通的節點集。

網絡結構的具體描述如下：包括數據輸入和巷道二維拓撲結構圖輸出；其中，

巷道二維結構圖(TTS)由三個集合組成：TTS＝(V，E，W)，其中點集為：V＝{V1，V2，V3，…，Vn}，邊集為：E＝{E1，E2，E3，…，En}，各條邊的權值的集合為：W＝{W1，W2，W3，…，Wn}；

(1)數據輸入：

a)各導線點的坐標及其對應的左右幫距，記作集合V，其中：

V＝{(x₁,y₁,z₁,dl₁,dr₁),((x₂,y₂,z₂,dl₂,dr₂),…,((x_n,y_n,z_n,dl_n,dr_n)}，其中，x_n,y_n,z_n分別表示導線點的三維坐標，dl_n，dr_n分別表示導線點的左右幫距；

b)各原始巷道線的編碼ID，記作集合E，其中：

E＝{ID₁,ID₂,…,ID_n}，ID表示各原始巷道線的編碼；

(2)巷道二維拓撲結構圖輸出：

基于鄰接表的巷道二維拓撲結構圖的自動生成算法，具體算法步驟如下：

a)按照導線點編碼方案對所有導線點及巷道線進行連續編碼，將編碼存放在導線點的ID屬性域中；

b)依據中點所屬巷道線ID對中點進行配對，即將屬于同一巷道線的中點放在同一個集合中，分別記為E₁，E₂，…,E_n,其中：

E₁＝{(x₁₁,y₁₁),(x₁₂,y₁₂),…,(x_1n,y_1n)}，